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沸点

沸点

出典: Wikipedia
一般小学生

まとめ

沸点
液体が沸騰して気体に変化し始めるときの温度
  • 物質ごとに固有の温度であり、沸騰が続いている間は加熱しても温度が一定に保たれる
  • 周囲の気圧(外圧)が低くなると沸点は下がり、気圧が高くなると沸点は上がる
  • 液体から気体へ状態変化する際、体積が急激に膨張する(水の場合は約1600倍)

解説

物質を加熱していくと、液体の表面だけでなく内部からも気化が起こる「沸騰」が始まります。このときの温度を沸点と呼びます。物理学的には、液体の蒸気圧が周囲の気圧と等しくなった状態を指します。沸騰している間は、外部から熱を加え続けても液体の温度は上がりません。これは、与えられた熱エネルギーがすべて液体から気体への状態変化(潜熱)のために消費されるためです。

環境 気圧の状態 水の沸点の変化 具体例
高い山の頂上 低い 100℃より低くなる 富士山頂(約88℃)
平地(海抜0m) 標準(約1気圧) 100℃ 通常の調理環境
圧力鍋の内部 高い 100℃より高くなる 時短調理(約120℃)

また、沸点の違いを利用して混合物から特定の液体を分離する操作を「蒸留」と呼びます。例えば、水とエタノールの混合物を加熱すると、沸点の低いエタノール(約78℃)が先に気体となって出てくるため、これを冷やして集めることで純度の高い成分を取り出すことができます。

コラム

沸点と気圧の関係は、日常生活のさまざまな現象に関わっています。標高の高い場所では空気が薄いため、液体分子が空気中へ飛び出すのを抑える力が弱まり、低い温度で沸騰が始まります。このため、高い山の上で炊飯を行うと、お湯は沸いていても温度が足りず、芯が残ってしまうことがあります。

逆に、圧力鍋はこの原理を応用した道具です。鍋を密閉して内部の圧力を高めることで、水の沸点を120℃程度まで引き上げます。これにより、通常よりも高温で加熱できるため、固い食材も短時間で柔らかく調理することが可能になります。

小学生のみなさんへ

水などの液体を熱していくと、あわが出てきて、はげしく湯気が出るようになります。これを「沸騰ふっとう」といい、このときの温度を「沸点」とよびます。水の場合、ふつうは100度で沸騰します。

おもしろいことに、沸騰している間は、いくら火を強くしても温度は100度から上がりません。熱のエネルギーが、水を水蒸気に変えるために使われるからです。また、水が水蒸気になると、体積たいせき(かさ)が約1600倍にもふくらみます。

高い山の上など、空気がうすい場所では、沸点は100度よりも低くなります。富士山のてっぺんでは約88度でお湯がわいてしまうため、ごはんをたくのがむずかしくなります。

ルラスタコラム

圧力なべは、なべの中の空気をにげないようにして、わざと気圧きあつを高くしています。すると、お湯の温度が120度くらいまで上がるので、かたいお肉もあっという間にやわらかく料理できるんですよ。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 液体が沸騰している間、加熱を続けても温度が一定に保たれるのはなぜか。
加えられた熱エネルギーが、すべて液体から気体への状態変化(潜熱)のために消費されるため
【応用】 標高の高い山の頂上で生米を炊くと、芯が残ってしまうことがあるのはなぜか。沸点の変化に触れて説明しなさい。
周囲の気圧が低くなると、液体分子が空気中へ飛び出すのを抑える力が弱まり、より低い温度で沸騰が始まるため
【実践】 水とエタノールの混合物を加熱して分離する「蒸留」において、先に気体として留出してくる物質名とその理由を答えなさい。
エタノール。エタノールの沸点(約78℃)は水の沸点(100℃)よりも低いため、加熱した際に先に気体へと変化するから

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